二、计算机的定义（COMPUTER） 计算机的定义（ ）
电子计算机： 电子计算机： 一种能够高速 准确、 高速、 一种能够高速、准确、自动完成对各种 数字化信息进行算术和逻辑运算的电子 数字化信息进行算术和逻辑运算的电子 设备。 设备。
1、运算速度快 、 例：巨型机的运算速度已达到几百亿次/秒。 巨型机的运算速度已达到几百亿次 秒 海量运算：天气预报，大地测量、 海量运算：天气预报，大地测量、 运载火箭参数的计算等 2、计算精度高 、 计算精度与机器字长有关，机器字越长， 计算精度与机器字长有关，机器字越长， 精度越高。 精度越高。 字：在计算机中作为一个整体进行运算或 数据处理的一组二进制数码。 数据处理的一组二进制数码。
计算机工作原理
1949 EDSAC
John von Neumann 冯•诺依曼
计算机发展——微型化 微型化 计算机发展
计算机发展趋势
计算机不再是单一的计算机器， 计算机不再是单一的计算机器，而是一种 信息机器，一种个人的信息机器。 信息机器，一种个人的信息机器。
Altair 8800
计算机发展趋势
2
第一讲 计算机工作原理
计算机的产生、 计算机的产生、发展及趋势 计算机的定义与特点 计算机中的数及表示、 计算机中的数及表示、存储与运算 计算中的逻辑运算 计算机工作原理
一、计算机的产生、发展与趋势 计算机的产生、
计算ห้องสมุดไป่ตู้发展史
加法器 电子计算机时代 1642 Blaise Pascal
1822 差分机
Shannon
图灵与图灵机
计算机工作原理
计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。 计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。
图灵机是一种思想模型， 图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成： 它由三部分组成： 一个控制器， 一个控制器，一条可以无限延伸的 带子和一个在带子上左右移动的读 写头。 写头。
为纪念图灵对计算机的贡献， 为纪念图灵对计算机的贡献， 美国计算机博物馆于1966年 美国计算机博物馆于 年 设立了“图灵奖” 设立了“图灵奖”
冯·诺依曼计算机 诺依曼计算机
存储程序工作原理
计算机的两个基本能力：一是能够存储程序， 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二 存储程序 是能够自动地执行程序 自动地执行程序。 是能够自动地执行程序。 计算机是利用“存储器” 内存） 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执 行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存 行的程序的，而称之为 的部件可以依次从存 储器中取出程序中的每一条指令， 储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和 执行，直至完成全部指令任务为止。 执行，直至完成全部指令任务为止。
计算机发展史
0.18微米芯片 微米芯片
计算机第一定律——摩尔定律 摩尔定律 计算机第一定律
晶 体 管 数 单 位 时 间 执
百 万 条 每 秒 /
数
18
计算机发展的几个阶段
第一代 （1946~1956） ） 电子管 5千~4万（次/秒） 千 万 秒
计算机发展史
第二代 （1957~1964） ） 晶体管 几十万~百万 百万（ 秒 几十万 百万（次/秒）
ENIAC
MARK I
1833 分析机
第一台电子计算机（ 第一台电子计算机（ENIAC） ）
5000次加法 秒 次加法/秒 次加法 体重28吨 体重 吨 占地170m2 占地 18800只电子管 只电子管 1500个继电器 个继电器 功率150KW 功率
计算机发展史
将电脑浓缩在一颗芯片上
晶 体 管 数 目 2,300 4004 10微米芯片 微米芯片 奔腾4 奔腾 420,000,000
计算机发展——非冯 诺依曼型 非冯-诺依曼型 计算机发展 非冯
1．量子计算机 量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和 逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。 逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。当某个 设备处理和计算量子的信息，运行的是量子算法时， 设备处理和计算量子的信息，运行的是量子算法时， 它就是量子计算机。 它就是量子计算机。 2．神经网络计算机 生物大脑神经网络可看作是一个大规模并行处理、 生物大脑神经网络可看作是一个大规模并行处理、紧 密耦合的、能自行重组的计算网络。神经网络使人能 密耦合的、能自行重组的计算网络。 有效地组织和处理信息。对神经网络进行研究， 有效地组织和处理信息。对神经网络进行研究，并从 大脑工作的模型中抽取计算机设计的模型就是所谓的 神经网络计算机。 神经网络计算机。
电子管 延迟线或磁芯 纸带、 纸带、卡片或磁带 几千～几万次／ 几千～几万次／秒 机器语言或汇编语言 科学计算 ENIAC
9
• 工作速度
• 代表机型
第二代计算机（55年—64年） 55年 64年
• 逻辑元件 • 内 • 外 • 软 • 应 存 存 件 用
晶体管 磁芯 磁带或磁盘 几十万次／ 几十万次／秒
第四代 年代） （1971~90年代） 年代 集成电路 几百万~几亿 几亿（ 秒 几百万 几亿（次/秒）
第三代 （1965~1970） ） 集成电路 百万~几百万 几百万（ 秒 百万 几百万（次/秒）
第一代计算机（46年—55年） 46年 55年
• 逻辑元件 • 内 • 外 • 软 • 应 存 存 件 用
三、计算机中数据的
表示、 表示、运算和存储
计数制分为： 计数制分为： 1、进位计数制 、 表示数值大小时，各数码与所处的位置有关。 表示数值大小时，各数码与所处的位置有关。 例：325 2、非进位计数制 、
一）、进位计数制中的两个重要概念 ）、进位计数制中的两个重要概念
1、基数： 、基数： 表示某种进位制所具有的数字符号个数。 表示某种进位制所具有的数字符号个数。 数字符号个数 例：十进制 1，2，3，4，5，6，7，8，9，0 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 基数： 基数：10 2、权（位权）： 、 位权）： 表示某种进位制的数中不同位置上数字的 表示某种进位制的数中不同位置上数字的 单位数值。 单位数值。 例：十进制 125.69 权：102，101，100，10-1，10-2
计算机中每个字包含的二进制位数越长， 计算机中每个字包含的二进制位数越长，计算 机处理速度越快， 机处理速度越快，因为字长是计算机并行处理 数据的位数。 数据的位数。 目前计算机的字长有： 位 目前计算机的字长有：8位、16位、32位、64位 位 位 位 3、存储功能强 、 依靠计算机的存储器完成，可以存储原始数据、 依靠计算机的存储器完成，可以存储原始数据、 中间结果、最终结果等。 中间结果、最终结果等。 存储容量是计算机的一个重要的技术指标。 存储容量是计算机的一个重要的技术指标。 是计算机的一个重要的技术指标 例：硬盘：40GB、80GB、160GB等 硬盘： 、 、 等 内存： 内存：256MB、512MB、1GB等 、 、 等
计算机发展——巨型化（计算复杂性） 巨型化（计算复杂性） 计算机发展 巨型化
运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 年世界上第一台超级计算机“ 年世界上第一台超级计算机 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、 石油和地质勘探， 石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计 算的高科技领域。 算的高科技领域。 中国超级计算机： 中国超级计算机： 国防科技大学研制的 银河1号 银河2号 银河3号 “银河 号”、 “银河 号”和“银河 号” 国家职能计算机中心推出的 曙光3000” 、“曙光 曙光4000A”和 “曙光 和 曙光5000A”每秒 万亿次 每秒230万亿次 “曙光 每秒
4、具有逻辑判断能力 、 逻辑判断：对文字、符号进行判断和比较。 逻辑判断：对文字、符号进行判断和比较。 例：A>B AND B>C （即A>B>C） ） 结果： 结果：TRUE 1 FALSE 0
若：A=10，B=5，C=6 ， ， 结果： 结果：FALSE（0） （ ） 5、能进行自动控制 、 计算机内部的操作运算全是根据人们事先编制 好的程序自动控制进行的。 好的程序自动控制进行的。
高级语言
计算、 计算、管理及控制 IBM System/360
11
• 代表机型
第四代计算机（71年—现在） 71年
• 逻辑元件 • 内 • 外 • 软 • 应 存 存 件 用
(超)大规模集成电路 半导体存储器 磁盘或光盘 几百万～上亿次／ 几百万～上亿次／秒 操作系统、 操作系统、应用软件 lSL VLSI
• 工作速度
高级语言
科学计算及工业控制 IBM700系列 IBM700系列
10
• 代表机型
第三代计算机（64年—70年） 64年 70年
• 逻辑元件 • 内 • 外 • 软 • 应 存 存 件 用
中小规模集成电路 半导体存储器 磁带或磁盘 几十万～几千万次／ 几十万～几千万次／秒 SSI MSL
• 工作速度
（第一讲） 第一讲）
课程介绍
• 计算机文化基础课程的设置最根本目的是使 非计算机专业学生更好地理解、 非计算机专业学生更好地理解、掌握用计算 机基础知识和基本操作技能，为学生利用计 基础知识和基本操作技能， 算机及语言工具学习和掌握专业知识 专业知识、 算机及语言工具学习和掌握专业知识、专业 技能服务。 技能服务。 • 课时为 学时（其中上课12＋上机 学时） 课时为32学时（其中上课 ＋上机20学时 学时） 学时
计算机发展——非冯 诺依曼型 非冯-诺依曼型 计算机发展 非冯
3．化学、生物计算机 化学、 20世纪80年代开始 世纪80年代开始， 从20世纪80年代开始，各国科学家们就在探计研制化 生物计算机。在运行机理上， 学、生物计算机 。 在运行机理上， 化学计算机以化学 制品中的微观碳分子作信息载体，来实现信息的传输 制品中的微观碳分子作信息载体， 与储存。因此，它具有更小的体积、 与储存 。 因此， 它具有更小的体积 、 更快的运算速度 和强大的计算能力， 和强大的计算能力 ，其信息传输速度可能比人脑思维 速度还要快若干倍，具有十分诱人的发展前景。 速度还要快若干倍，具有十分诱人的发展前景。 4．光计算机 光计算机是用光子代替现代半导体芯片中的电子， 光计算机是用光子代替现代半导体芯片中的电子，以 光互联来代替导线制成数字计算机机。 光互联来代替导线制成数字计算机机。